三、北京长安汽车公司新MES系统RFID系统详细设计方案
1、项目背景
目前，北京长安为适应市场需求，提高公司制造管理，达成由“推”改“拉”的生产模式变更项目目标，故新购RFID系统支撑新MES系统以满足拉式生产。
本次MES系统新增RFID设备，在满足系统要求的基础上实现自动扫描，并实现从焊接上线到整车入库整个生产流程，达到简化工艺流程，以及监控车辆信息的目的。
2、项目目标
本次MES系统新增RFID设备，在满足系统要求的基础上实现自动扫描，并实现从焊接上线到整车入库整个生产流程，达到简化工艺流程，以及监控车辆信息的目的。
3、系统技术方案
3.1、系统建设内容
（1）前端系统设备的安装部署
前端设备包括：RFID一体机、传感器、耐高温载码体标签、吸附式载码体标签、安装支架、标签承载箱。RFID一体机安装在汽车生产线的各个环节的关键点位附近用于读取悬挂于车体上面的标签。传感器安装于车辆经过的轨道两侧用于判断车辆的进出识别。耐高温标签安装在焊接、涂装环节的车辆上面、内含车辆信息代码。吸附式标签安装在总装车辆车体顶部。标签承载箱用于开工点和涂装最后的交验点、总装测试最后的点位，用于承载标签使用。
（2）中间件软件的部署
软件部署在系统服务器中，用于RFID一体机读取的数据的处理，实现各种接口设备管理：RFID一体机读写器、传感器、报警外设的工作状态，完成与后台数据库系统的数据接口。
3.2、系统架构及组成
系统拓扑图
3.3、硬件组成
本系统硬件由如下部分组成： RFID一体机、耐高温载码体标签、吸附式载码体标签，传感器。
RFID一体机：
采用工业级一体化设计，支持多路GPIO输入输出，可外接传感器与报警装置，可以自动扫描感应区域内经过的车辆携带的RFID标签，读取标签内存储的车辆信息，信息内容包含写入的EPC区和USER区的数据，并且设备以独有的防碰撞设计能够支持多标签与单标签识读工作方式。
耐高温载码体标签：
具有超强的耐高温能力和抗腐蚀能力，能够用于高温热水洗涤循环系统和喷漆产线，适用于（-40~250）摄氏度的环境下使用。USER区可支持64字节的数据存储。
吸附式载码体标签：
采用标签与软磁铁相结合的方式封装，吸附力强，不伤漆工艺，高强度的防护等级可适用于汽车生产的颠簸、水淋等复杂的环境。
传感器：
前期考察现场实际情况，发现单一类型的传感器不能满足所有点位的使用要求，针对不同的生产点位，采用不同类型的传感器，包括反射式和直反式两种类型的传感器。
反射式传感器直反式传感器
焊接车间使用 总装车间使用
3.4、软件组成
RFID 系统软件主要包括运行在RFID 中间件服务器上的RFID 中间件软件、RFID 数据库；运行在MES 车间PC 机上的RFID 浏览器控件、RFID 接口服务以及运行在RFID 手持机上的软件。
RFID 系统软件组成示意图
3.4.1 RFID 中间件软件
RFID 中间件软件是Windows 后台服务软件，注册为windows 服务，可以随windows 启动自动启动，软件总体功能设计采用多层架构，由驱动层、设备管理层、业务逻辑处理层和数据接口层四大部分组成。驱动层以事件驱动为基础，采用并发处理，高效率加工数据。设备管理层提供丰富的设备管理功能，包括设备
在线加载和卸载、设备状态查询和控制、设备在线操作等；业务逻辑处理层可根据不同的应用需求进行定制开发，实现不同的应用系统的需求，数据接口层封装了大部分的数据接口功能，可通过WEBService、数据库和TCP/IP多种数据接入的方式，实现对中间件软件的控制，基础配置数据的加载，与业务系统的接口，中间件数据日志的记录和报警信息的记录。RFID中间件软件结构如下图所示：MES服务器RFID数据库
中间件功能逻辑结构图
RFID中间件主要功能：
-驱动层：实现对不同RFID设备的驱动功能，可根据数据库的配置，识别不同的设备，对每个设备建立独立的SOCKET连接和单独的处理
线程，通过设备实现标签的盘点、标签数据的读写操作。
-设备管理模块：通过数据接口加载系统中配置的读写器设备，通过驱动层驱动设备进行工作，同时对设备的状态进行监控，当设备发
生故障时，通过数据接口记录设备的故障日志，同时可通过数据接
口记录设备的工作日志。
-标签管理模块：可记录盘点（检测）到的标签的ID，以及对标签的读写器操作，并将盘点到的标签和对标签的操作通过数据接口记录
到RFID数据库中，在本项目中，标签管理模块可用于实现对车辆队
列的维护。
-漏检和读写器错误处理模块：对系统中的漏检和读写错误，处理模块首先驱动现场的报警灯进行报警，然后将漏检和读写错误日志记
录到RFID服务器中，同时将错误信息通过SOCKET发送给MES服务
器。
-业务逻辑处理模块：实现对不同应用的业务逻辑处理，在本项目中，可实现与MES系统的数据交互，业务逻辑处理模块根据接入系统的
设备，对每个设备与MES系统建立一个单独的SOCKET连接和独立的
处理线程，将读取到的标签数据通过SOCKET电文发送给MES系统，
同时接收MES系统的命令，对标签执行读写操作。
RFID中间件主要性能：
-运行于标准企业级服务器的定位中间件FPM，支持在企业范围内多达上千个目标读取；
-开放式体系结构设计，可以无缝集成到现有的数据库，能自动监测和报告；
-通过HTTP/XML的应用程序编程接口和SDK，可加快利用第三方系统进行开发和整合应用软件；
-安装实施灵活方便迅捷，降低成本。
3.4.2 RFID数据库
RFID数据库运行在RFID中间件服务器上，采用SQLServer数据库，主要用于记录系统中的设备配置信息，操作日志信息和报警日志信息，内容包括：
-RFID一体机读写器设备配置信息和状态信息
-RFID一体机读写器的读取和写入操作日志信息
-RFID中间件与MES通信的日志信息
-车辆队列数据
-RFID一体机读写器故障和读写器错误的报警信息
-用户和权限信息
3.4.3 RFID接口服务
RFID接口服务运行在MES车间PC机上，注册为Windows后台服务运行，
随Windows启动自动启动，主要实现对连接在MES车间PC机上的读写器进行控制，实现对标签的检测，数据的读取和写入，并将检测、读取和写入的日志保存到RFID数据库中，RFID接口服务实现对车辆队列的管理功能，根据MES系统的调用取出车辆队列中的数据返回给MES客户端。功能如下：-根据触发条件驱动RFID一体机读写器检测标签，读取标签内容，加入到车辆队列中。
-根据MES系统的调用返回车辆信息给MES客户端。
-根据MES系统的调用将车辆信息写入到标签中。
-对漏检和写入发生错误时，驱动现场报警灯报警，然后写入错误日志到RFID数据库中，同时返回错误信息给MES系统的客户端。
3.4.4 RFID浏览器控件
RFID浏览器控件采用OCX控件，嵌入到MES客户端中运行，主要服务沟通MES客户端界面与RFID接口服务，控件在进入界面后加载并建立与本机RFID接口服务之间的连接，完成以下功能：
-接收MES客户端的控制，从RFID接口服务的车辆队列中读取当前车辆信息
-接收MES客户端的控制，将数据通过RFID接口服务写入到RFID标签中，并且通过读取验证写入是否成功，将写入的结果返回给MES客户
端
-将读写器的漏读报警通过事件的方式通知给MES客户端
3.4.5 RFID管理客户端
RFID管理客户端主要功能包括：
-用户和权限管理功能，将系统权限设置为管理员、控制操作员和普通操作员，其中管理员可执行所有的操作，控制操作员可执行查询操作、
车辆队列管理操作和对标签信息的读写操作，普通操作员值可以进行
查询和设备状态查看操作。
- RFID 一体机读写器配置管理功能，操作权限属于管理员，可增加、删除读写器设备，对读写器的参数进行配置修改。
- RFID 一体机读写器设备状态可视化监控功能，操作权限属于所有用户，在可视化监控界面下，可显示全部或分段显示当前设备的状态和
正在执行的操作，显示界面如下图所示：
Reader
Reader Reader
显示内容包括：设备状态、设备工作状态、传感器状态、报警状态，
对于处于工作状态的读写器点位可以显示当前通过的标签的数据信
息，在相应点位上双击读写器图标可显示读写器的工作日志界面和 控制界面（普通操作员不具备控制权限）。
- 日志查询和导出功能，可查询每个读写器的工作日志，与MES 通信的日志以及漏读、写入错误和设备故障的错误日志，并可将日志导出文
件。
- 车辆队列管理功能，可查看当前和历史处理的车辆队列，可手动对队列中的数据进行删除操作（权限仅限于管理员）。
- 中间件服务状态监控功能。
- 手工控制读写器执行读写操作功能。
3.4.6 RFID 手持机软件
RFID 手持机软件用于近距离的读写器标签操作，并可将读取到的内容通过SOCKET 电文发送给MES 系统，主要功能包括：
- 标签盘点
- 标签内容读写操作
- 与MES 服务器通信将读取的内容发送给MES 服务器，从MES 服务器获取数据，写入到车辆标签中。
4、系统功能实现方式
4.1、工作原理
网络
读写器A 读写器N
中间件服务器MES 系统人员操作电脑
传感器传感器A
将RFID 一体式读写器、中间件服务器通过网络连接到一起，使中间件服务器能正常访问到每个读写器，并能正常与MES 系统通讯。
1. 当车头到达传感器B 开始~车位离开传感器B 时，读写器工作读取区域内的RFID Tag 。
2. 当车头到达传感器A 开始~车位离开传感器A 时，读写器停止工作，不读取Tag 。
3. 中间件服务器通过网络连接所有读写器，每个读写器使用固定IP 地址，使IP 地址与所在位置关联绑定，以便在读写器故障时查到读写器的位置，快速处理；并根据读写器通讯协议定时检测读写器状态，从而时中间件服务器了解所有读写器的工作、网络连接状态。
4. 中间件服务器与MES 系统连接。中间件服务器将读写器读取到的数据通过网络socket 通知给MES 系统。上传数据可包括：读写器IP 地址、标签ID 、标签数据、读写器是否故障、数据校验等信息。
5. 人员操作用电脑与中间件服务器网络连接，将读写器操作部分移交给中间件操作；中间件将数据返回给人员操作的电脑；例如，手工操作读写器写车位
数据信息。
6. 应用系统采用异步通信方式，避免同步操作因等待通信结果而导致的界面卡住的情况。
4.2、数据处理
4.2.1 耐高温载码体标签的数据写入
网络
读写器N
MES 车间PC 机
在开工点位由操作人员将标签放置在读写器前，读写器读取标签ID ，通过RFID 接口服务判断不重复之后上传给MES 系统；MES 系统接收到数据后，根据标签ID 返回需要给标签写入的数据，RFID 接口服务将数据写入标签；写入成功后，读取并判断数据是否正确，不正确则报警。
若标签不合法，则MES 系统返回响应的警告数据，RFID 接口服务报警。在标签数据无误后，向MES 系统发送工艺通过请求。
操作人员使用挂钩将标签挂置在指定的车架的位置，到涂装车间交验点取下后放到标签承载箱里面进行循环使用。数据流程如下图所示：
RFID 接口服务
RFID 读写器
车辆队列RFID 浏览器控
件
MES
客户端
RFID 浏览器控件
RFID 接口服务RFID
标签RFID 读写器
启动读取标签
缓存读取数据
提交数据给MES 客户端下发写入数据
写入数据到标签中4.2.2 吸附式载码体标签数据的写入
网络
读写器A 读写器N
中间件服务器MES 系统
人员操作电脑传感器A
此点位数据写入方式分为两种：手持式数据写入、RFID 一体机数据写入 手持式数据写入
在涂装交验点位工作人员将标签去下后使用手持式设备读取标签内部的信息，然后将耐高温载码体标签里面的数据置成fffff,表示标签已经下线，然后放置在标签承载箱里面，在取出一个吸附式标签，将读取到的耐高温载码体标签数据写到吸附式载码体标签中，数据写入成功后，将吸附式标签放置在车顶部。
RFID 一体机数据写入
（1） 在涂装交验点位过后工作人员将耐高温载码体标签取下放到标签承
载箱里面，将吸附式载码体标签粘附在车顶，此时涂装校验点的设备将读取到的标签数据传送给MES系统已经完成，悬挂耐高温载码体标签的车辆到达涂装至总装的校验点的时候，RFID一体机读写器读取标签ID，读取到的标签ID和信息显示在操作电脑界面上通过中间件判断不重复之后上传给MES系统；MES系统接收到数据后，向点位RFID一体机读写器发送写入数据指令，根据标签ID返回需要给标签写入的数据，中间件将数据写入标签；写入成功后，读取并判断数据是否正确，不正确则报警。若标签不合法，则MES系统返回响应的警告数据，中间件报警。
（2）车辆离开车位时
RFID一体机读写器读取标签ID，将数据和标签ID等信息发送到MES系统，MES系统记录该标签以及绑定的车位数据信息，在系统中将标签状态修改使用完毕，以免被错误绑定和关联；MES系统根据信息返回相应的结果给中间件，中间件做出相应处理，如报警。在标签数据无误后，向MES系统发送工艺通过。
4.2.3 向MES系统发送报警数据
a) 中间件向标签写入数据成功后，进行读取对比，若不正确则向上层MES 系统发送报警数据，在车间中控和CCR中体现。有效地防止数据的漏采、数据错误造成的故障。
b) 中间件读取标签数据并进行校验，若校验不正确，则报警；可以有效地防止生产线上数据采集的防错和自动实时监控报错的问题的发生。
c) 当车头到达传感器B开始~车位离开传感器B时，中间件多次尝试接收扔未收到标签，则报警；
d) 中间件定时与读写器进行通讯（心跳），来检验读写器是否在正常工作，否则报警；有效地防止了未知位置设备发生故障不通讯的问题。
5、系统特点
本系统的主要特点可归纳为以下几点：
1、标准化
系统采用的远距离物联网识别技术采用的是国际上标准的900M频段RFID技术，符合ISO-18000-6C的国际标准.
2、可拓展性
系统在建设上采用先进的设计思想，不仅满足用户当前的业务需求，还能随着需求的增加而不断的扩展
3、稳定、可靠性
系统具有极高的安全性、可靠性。设备采用工业级的RFID设备，传感器采用进口传感器品牌SICK，产品具备长期的稳定的、可靠的工作能力。
4、高效性
系统具有稳定的识读效果与识读距离，保证系统的高效的识读效果。
5、灵活、强大的系统架构
设计上采用中间件服务处理方式，既方便对硬件设备的维护管理，又增加了对大容量数据过虑、处理、汇总、分发等功能，具备灵活配置、功能强大得特点。